Hình ảnh quan sát tia X của Chandra về tàn dư siêu tân tinh Cassiopeia A. Tín dụng: NASA / CXC
Tàn dư siêu tân tinh Cassiopeia A (Cas A) luôn là một bí ẩn. Trong khi vụ nổ tạo ra siêu tân tinh này rõ ràng là một sự kiện mạnh mẽ, thì độ sáng thị giác của vụ nổ xảy ra hơn 300 năm trước ít hơn nhiều so với siêu tân tinh bình thường - và thực tế, đã bị bỏ qua trong những năm 1600 - và các nhà thiên văn học không biết tại sao. Một bí ẩn khác là liệu vụ nổ tạo ra Cas A có để lại một ngôi sao neutron, lỗ đen hay không gì cả. Nhưng vào năm 1999, các nhà thiên văn học đã phát hiện ra một vật thể sáng không xác định ở lõi của Cas A. Bây giờ, các quan sát mới với Đài quan sát Chandra X-Ray cho thấy vật thể này là một ngôi sao neutron. Nhưng những điều bí ẩn don lồng kết thúc ở đó: ngôi sao neutron này có bầu khí quyển carbon. Đây là lần đầu tiên loại khí quyển này được phát hiện xung quanh một vật thể nhỏ, dày đặc như vậy.
Vật thể ở lõi rất nhỏ - chỉ rộng khoảng 20 km, là chìa khóa để xác định nó là một ngôi sao neutron, Craig Heinke từ Đại học Alberta cho biết. Heinke là đồng tác giả với Wynn Ho của Đại học Southampton, Vương quốc Anh trên một tờ giấy xuất hiện trong ấn bản ngày 5 tháng 11 của Tự nhiên.
Hai loại sao duy nhất mà chúng ta biết đó là những ngôi sao nhỏ này là sao neutron và các lỗ đen, Mitch Heinke nói với Tạp chí Vũ trụ. Chúng ta có thể loại trừ rằng đây là một lỗ đen, bởi vì không có ánh sáng nào có thể thoát ra khỏi các lỗ đen, vì vậy bất kỳ tia X nào chúng ta nhìn thấy từ các lỗ đen thực sự là từ vật liệu rơi xuống lỗ đen. Các tia X như vậy sẽ rất khác nhau, vì bạn không bao giờ nhìn thấy cùng một vật liệu hai lần, nhưng chúng tôi không thấy bất kỳ biến động nào về độ sáng của vật thể này.
Heinke cho biết Đài quan sát tia X Chandra là kính viễn vọng duy nhất có tầm nhìn đủ sắc bén để quan sát vật thể này bên trong tàn dư siêu tân tinh sáng như vậy.
Nhưng khía cạnh khác thường nhất của ngôi sao neutron này là bầu khí quyển carbon của nó. Các sao neutron hầu hết được tạo thành từ các neutron, nhưng chúng có một lớp mỏng vật chất bình thường trên bề mặt, bao gồm bầu không khí rất nóng 10 mảnh mỏng. Tất cả các ngôi sao neutron được nghiên cứu trước đây đều có khí quyển hydro, được dự đoán là do lực hấp dẫn cực mạnh của sao neutron phân tầng khí quyển, đặt nguyên tố nhẹ nhất, hydro lên hàng đầu.
Nhưng không phải vậy với đối tượng này trong Cas A.
Chúng tôi đã có thể tạo ra các mô hình cho bức xạ tia X của một ngôi sao neutron với nhiều bầu khí quyển khác nhau, có thể nói trong một cuộc phỏng vấn qua email. Chỉ có bầu khí quyển carbon mới có thể giải thích tất cả dữ liệu chúng ta thấy, vì vậy chúng tôi khá chắc chắn rằng ngôi sao neutron này có bầu khí quyển carbon, lần đầu tiên chúng tôi thấy một bầu khí quyển khác trên một ngôi sao neutron.
Một nghệ sĩ Ấn tượng về ngôi sao neutron trong Cas A cho thấy mức độ nhỏ bé của khí quyển carbon. Bầu khí quyển Trái đất được thể hiện ở cùng quy mô với ngôi sao neutron. Tín dụng: NASA / CXC / M. WEiss
Vậy làm thế nào để Heinke và nhóm của ông giải thích việc thiếu hydro và helium trên ngôi sao neutron này? Hãy nghĩ về Cas A khi còn bé.
Chúng tôi nghĩ rằng chúng tôi hiểu rằng do tuổi còn rất trẻ của vật thể này, chúng tôi thấy nó ở độ tuổi chỉ 330 tuổi, so với các ngôi sao neutron khác hàng nghìn năm tuổi, ông nói. Trong vụ nổ siêu tân tinh tạo ra ngôi sao neutron này (khi lõi của ngôi sao sụp đổ xuống một vật thể có kích thước thành phố, với mật độ cao hơn đáng kể so với hạt nhân nguyên tử), ngôi sao neutron được nung nóng đến nhiệt độ cao, lên tới một tỷ độ. Hiện tại, nó đã hạ nhiệt xuống vài triệu độ, nhưng chúng tôi nghĩ rằng nhiệt độ cao của nó đủ để tạo ra phản ứng tổng hợp hạt nhân trên bề mặt sao neutron, nung chảy hydro và heli thành carbon.
Vì phát hiện này, các nhà nghiên cứu hiện có quyền truy cập vào vòng đời hoàn chỉnh của siêu tân tinh và sẽ tìm hiểu thêm về vai trò của các ngôi sao nổ trong trang điểm của vũ trụ. Ví dụ, hầu hết các khoáng chất được tìm thấy trên Trái đất là sản phẩm của siêu tân tinh.
Phát hiện này giúp chúng ta hiểu làm thế nào các ngôi sao neutron được sinh ra trong các vụ nổ siêu tân tinh dữ dội, ông nói.
Nguồn: Phỏng vấn Craig Heinke
